一种多重响应性自愈合自粘附水凝胶的制备方法

本发明属于多重响应型水凝胶制备领域，具体涉及一种多重响应性自愈合自粘附水凝胶的制备方法。

背景技术：

传统的聚乙烯醇/硼砂类水凝胶因无菌无毒得到广泛应用，但是此类水凝胶对组织缺乏足够的粘附性和细胞亲和性且力学性能较差，使得其作为生物敷料和医用材料的应用受限。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有水凝胶力学性能差、缺乏组织粘附性和细胞亲和性等问题，提供一种多重响应性自愈合自粘附水凝胶的制备方法，该方法以聚乙烯醇、单宁酸、细菌纤维素和胱胺二盐酸盐为原料，制备的水凝胶力学性能良好、制备方法简单易行，绿色环保。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种多重响应性自愈合自粘附水凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：细菌纤维素悬浮液的制备：将细菌纤维素溶解在去离子水中，混合均匀，配制得到30～40g浓度为1mg/g～10mg/g的细菌纤维素悬浮液；

步骤二：室温条件下，向步骤一中得到的细菌纤维素悬浮液中加入10～50ml的ph值为8.5的tris缓冲液和单宁酸，预聚反应6～24h得到单宁酸包覆的细菌纤维素悬浮液，再加入胱胺二盐酸盐继续反应1～3h引入二硫键，反应物经过离心清洗备用；单宁酸的氧化自聚使溶解度降低，同时单宁酸对纤维素拥有良好的亲和性，使单宁酸能够附着在纤维素的表面。

步骤三：将聚乙烯醇加入到去离子水中，得到10～50ml质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液，同时在90～98℃加热搅拌1～2h使聚乙烯醇完全溶解，然后将步骤二中得到的反应物加入到聚乙烯醇溶液中，继续搅拌混合均匀，随后将混合液冷却到65～85℃并保温；

步骤四：65～85℃的条件下，在步骤三所得的混合液中加入5～30ml的浓度为0.02～0.15g/ml的硼砂溶液，搅拌10～30min，自然冷却到室温得到水凝胶。

进一步的，步骤一中，在匀浆机中，15000～22000rpm/min条件下打浆10～40min，得到悬浮液。

进一步的，步骤二中，所述细菌纤维素和单宁酸的质量比为1：1～15，胱胺二盐酸盐与单宁酸的质量比为1：1～20。

进一步的，步骤三中，反应物与聚乙烯醇的质量比为1～2.5：1。

本发明相对于现有技术的有益效果是：细菌纤维素的加入克服了聚乙烯醇/硼砂体系力学性能差的缺点，同时单宁酸和二硫键的引入赋予了水凝胶可重复的自粘合性和氧化还原响应，同时在水凝胶的制备过程中不引入其他有毒的交联剂和溶剂，制备方法简单易行，安全环保，水凝胶拥有良好的生物相容性无细胞毒性，在生物医用材料领域有广泛的应用潜力。

本发明中以pva、细菌纤维素、单宁酸和硼酸根离子通过“二二醇”交联形成硼酸酯键和氢键作用构成水凝胶主体的网络结构。单宁酸的加入赋予水凝胶良好的粘附性能，可以粘在包括玻璃、皮肤、动物组织、乳胶手套等多种基底物质的表面。同时利用单宁酸氧化得到的醌式基团与氨基发生schiff碱反应或michael加成反应引入二硫键，由于硼酸酯键和二硫键的存在，水凝胶有具有优异的ph响应、葡萄糖和氧化还原响应特性，在上述条件下，水凝胶能发生溶胀进而破坏水凝胶的结构。这类水凝胶本身具有良好的生物相容性、高的机械强度、粘附性好、自修复等特点，有望在伤口敷料、药物传递、生物支架、可穿戴传感器、水下粘附剂等领域有应用。

附图说明

图1为实施例1中水凝胶对动物组织的粘附性示意图；

图2为实施例1中水凝胶对玻璃的粘附性示意图；

图3为实施例1中水凝胶对树叶的粘附性示意图；

图4为实施例1中原始水凝胶状态图；

图5为实施例1中剪切后水凝胶状态图；

图6为实施例1中剪切后水凝胶自愈合10min的状态图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

单宁酸作为一种天然的植物多酚，结构中含有大量的邻苯三酚和邻苯二酚基团，单宁酸展现出更好的抗氧化性能、更强的粘附性以及与金属的配位作用。单宁酸具有儿茶酚结构，可以在碱性有氧条件下发生原位氧化生成醌式结构，醌式结构能继续与氨基或巯基发生schiff碱反应或michael加成反应，而且单宁酸的价格较便宜。该水凝胶通过硼酸酯键、氢键、π-π堆叠等制备而成，具有良好的生物相容性、自修复、高粘附性、高力学性能等众多优良的性能，在药物递送、伤口敷料、可穿戴电子传感器等领域有潜在的应用价值。

细菌纤维素是一种可以由细菌发酵产生的一类可再生的纤维素，因为不含木质素、半纤维素等杂质，所以纤维素含量很高。而且细菌纤维素本身具有很好的生物相容性、高比表面积和优异机械性能，因此被广泛地应用为生物医用材料、增强材料、食品等领域。在本发明中，细菌纤维素的加入在保持原有性质的同时能增加水凝胶整体的力学性能。

实施例1：

室温条件下，取质量分数为8.13mg/g的细菌纤维素悬浮液36.9g(约含细菌纤维素的质量为0.3g)，分散到ph值为8.5的30mltris缓冲液中，再加入0.2g单宁酸，搅拌均匀，预聚合反应6h后，加入0.2g的胱胺二盐酸盐继续反应1.5h得到的被单宁酸包覆细菌纤维素悬浮液，并成功引入二硫键，将悬浮液离心清洗备用。

45ml的去离子水中加入5g聚乙烯醇加热到95℃，搅拌2h至聚乙烯醇完全溶解，将上步得到的离心物加入到聚乙烯醇溶液中继续搅拌均匀，随后将5ml浓度为0.04g/ml的硼砂溶液以1ml/min的速度滴加，搅拌20min后自然冷却到室温即得到水凝胶。

水凝胶对不同基底物质的粘附性如图1、图2和图3所示，由此可见，水凝胶对动物组织、玻璃、皮肤、树叶等不同的基底都展现出良好的粘附性。

称取水凝胶20g，在中间部位进行剪切，后将剪切的两块水凝胶进行接触，10min后水凝胶能自动愈合，30min后基本观察不到裂痕，如图4、图5和图6所示。

实施例2：

室温条件下，取质量分数为8.13mg/g的细菌纤维素悬浮液36.9g(约含细菌纤维素的质量为0.3g)，分散到ph值为8.5的30mltris缓冲液中，再加入0.5g单宁酸，搅拌均匀，预聚合反应6h后，加入0.2g的胱胺二盐酸盐继续反应1.5h得到的被单宁酸包覆细菌纤维素悬浮液，并成功引入二硫键，将悬浮液离心清洗备用。

45ml的去离子水中加入5g聚乙烯醇加热到95℃，搅拌2h至聚乙烯醇完全溶解，将上步得到的离心物加入到聚乙烯醇溶液中继续搅拌均匀，随后将5ml浓度为0.04g/ml的硼砂溶液以1ml/min的速度滴加，搅拌20min后自然冷却到室温即得到水凝胶。

本实施例制备的水凝胶具有良好的自修复性能，同时对不同的基底物质能够展现出优异的粘附性。

实施例3：

室温条件下，取质量分数为8.13mg/g的细菌纤维素悬浮液36.9g(约含细菌纤维素的质量为0.3g)，分散到ph值为8.5的30mltris缓冲液中，再加入0.8g单宁酸，搅拌均匀，预聚合反应6h后，加入0.2g的胱胺二盐酸盐继续反应1.5h得到的被单宁酸包覆细菌纤维素悬浮液，并成功引入二硫键，将悬浮液离心清洗备用。

45ml的去离子水中加入5g聚乙烯醇加热到95℃，搅拌2h至聚乙烯醇完全溶解，将上步得到的离心物加入到聚乙烯醇溶液中继续搅拌均匀，随后将5ml浓度为0.04g/ml的硼砂溶液以1ml/min的速度滴加，搅拌20min后自然冷却到室温即得到水凝胶。

本实施例制备的水凝胶具有良好的自修复性能，同时对不同的基底物质能够展现出优异的粘附性。